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大跨度铁路钢管混凝土系杆拱桥力学分析
| 论文题名： | 大跨度铁路钢管混凝土系杆拱桥力学分析 |
| 关键词： | 钢管混凝土拱桥;力学分析;振动形式;自振频率;反应谱分析 |
| 摘要： | 钢管混凝土拱桥作为一种新兴桥型,由于自身的优点以及与我国桥梁建设的实际情况相适合,在我国得到了广泛的应用和迅速发展。正是因为钢管混凝土拱桥在我国的大量建设,并随着跨度的不断增大,以及桥梁发展日趋轻薄型,对大跨度钢管混凝土拱桥的静力学特性、动力特性以及抗震性能等也更为关注。 格丑沟特大桥为目前中国跨度最大的铁路钢管混凝土简支系杆拱桥,本文以其为工程背景,应用通用有限元软件Midas,首先,建立空间有限元模型,分析了钢管混凝土系杆拱桥在铁路荷载作用下的静力特性,通过计算得到:拱肋轴力变化大致均匀,拱肋各个截面全截面受压;拱肋弯矩变化不均匀,拱脚处最大,整个拱肋弯矩关于跨中对称;拱肋剪力在拱脚处最大,在有吊杆的位置剪力发生突变,整个拱肋剪力关于跨中反对称。系梁轴力变化大致均匀,在拱脚的位置最大,系梁考虑了预应力的作用全截面受压;系梁弯矩变化不均匀,跨中弯矩值达到正的最大值,拱脚弯矩值达到负的最大值,整个系梁弯矩关于跨中对称;系梁剪力在拱脚处最大。吊杆轴力变化以中间吊杆为中心呈对称分布。在此基础上,假定某些吊杆破坏,计算得到各个工况下的关键点处的内力,与吊杆完好情况下的内力结果进行对比、分析,可知:吊杆的破坏对吊杆张拉力的分配有较大的影响,一旦某根吊杆退出工作,与之相临的吊杆所受的张拉力也会随之大幅度增加;吊杆的破坏对拱肋和系梁的轴力影响较小,但对弯矩有较大影响;破坏处的竖向位移也较大。利用倒拆法逆向求解各施工阶段内吊杆的合理初张拉值;用力的平衡法,以要达到刚性支承连续梁的弯矩状态为控制目标,确定成桥状态下梁拱组合桥吊杆张拉值,使得拱肋和系梁的恒载弯矩合理分布,吊杆的受力均匀,给结构的设计工作减小了难度,使结构布置趋于合理化,同时为施工安全和操作方便提供了理论依据。其次,对该桥的动力特性也进行了计算,通过对该桥的自振频率和振型的分析,可以得到:拱桥的振动主要有钢管混凝土拱肋的面外振动、桥梁整体的竖向振动和扭转振动3种振动形式。拱肋的面外刚度相对较小,桥梁第1阶振动表现为拱肋的面外横向振动;桥面不存在低阶的振动形式,其竖向振动表现为下承式钢管混凝土拱桥整体竖向振动,吊杆的设置使得桥面与拱肋在竖向呈现同步振动的特征,吊杆的破坏对该拱桥的自振频率有较大的影响,随着吊杆破坏根数增加,桥梁的自振频率也逐渐降低。最后,应用抗震理论,对该桥进行了反应谱分析,通过纵桥向地震输入、横桥向地震输入、纵桥向地震输入+竖桥向地震输入、横桥向地震输入+竖桥向地震输入四种工况组合分别进行分析,全桥的最危险截面发生在拱脚位置;最大变形出现在工况四中。 |
| 作者： | 张通 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 季日臣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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